Sonnige Zeiten für eine kongeniale Technologie: Agri-Photovoltaik

Es wird beispielhaft eine Agri Photovoltaik-Anlage dargestellt.

Manchmal braucht es lange, bis eine kluge Idee ihren Weg in die Wirklichkeit findet. Erdacht wurde die Agri-Photovoltaik – also die Kombination aus landwirtschaftlicher und Solarstrom-Produktion – bereits 1981 von Prof. Dr. Adolf Goetzberger, Gründer des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Ganze 33 Jahre hat es schließlich gebraucht, bis die Idee 2014 durch die Innovationsgruppe APV-RESOLA wiederaufgegriffen wurde. Belohnt wurde deren Initiative mit der Installation der ersten Pilotanlage in Heggelbach am Bodensee im Jahr 2016. Seither wird die Technologie unter Realbedingungen hinsichtlich wirtschaftlicher, technischer, gesellschaftlicher und ökologischer Aspekte wissenschaftlich untersucht.

Multitalente könnten Lieblinge der Landwirte werden

Mittlerweile weiß man: Die Agri-Photovoltaik, kurz Agri-PV, ist ein wahres Multitalent. Sie bringt nicht nur Solarstromerzeugung und Landwirtschaft unter einen Hut, sondern reduziert auch die Flächenkonkurrenz beider Nutzungsarten und trägt so zu einer effizienteren Landnutzung bei. Darüber hinaus kann sie zur Lösung einiger durch den Klimawandel ausgelöster Probleme beitragen, die Landwirten erheblich zu schaffen machen. Die aufgeständerten Solarmodule bieten Schutz vor Hagel-, Frost- und Dürreschäden und machen andere Materialien wie Schutzfolien überflüssig. Bei manchen Ackerfrüchten können sie sogar den Ernteertrag steigern. Gleichzeitig reduzieren sie Windlasten und Sonneneinstrahlung, was zur Senkung des Wasserverbrauchs in der Landwirtschaft beiträgt. Angesichts der sich häufenden Wetterextreme sind das große Vorteile.

Die Nutzungsmöglichkeiten sind vielfältig

Das Prinzip – unten Kulturpflanzen, oben Solarstrom – findet keineswegs nur auf dem Acker Anwendung. Generell wird zwischen offenen und geschlossenen Systemen unterschieden. Erstere werden in bodennahe und hoch aufgeständerte unterteilt. Sind sie zudem als ein- oder zweiachsige bewegliche Systeme konzipiert, ermöglichen sie durch individuelles Ausrichten der PV-Module ein flexibleres Lichtmanagement. Zu den geschlossenen Systemen gehören PV-Gewächshäuser und lichtdurchlässige Gebäude sowie Aquakulturen, die etwa geschlossene Teichwirtschaften beherbergen. 

Auch auf Seen kommen die Dinge in Fluss

klimaVest: Drohnenaufnahme von Photovoltaik auf einem See

Ihren Weg aus der Nische haben mittlerweile auch Floating-PV-Anlagen gefunden. Ihre Solarmodule sind auf Schwimmkörper montiert, die am Grund des Gewässers oder am Ufer verankert sind. Trotz der vergleichsweise hohen Installationskosten bieten sie überzeugende Vorteile: Sie nutzen unbebaute Flächen wir Baggerseen oder andere Gewässer, erreichen dank natürlicher Kühlung eine hohe Effizienz, verringern die Algenbildung, senken die Wasserverdunstungsrate und lassen sich sowohl mit Wasserkraft- als auch Windkraftanlagen koppeln, was die Schwankungen bei Netzeinspeisung senkt.

Es gibt Vorreiter – hierzulande sind sie noch selten

Es wird das klimaVest Asset Agri-Photovoltaik mit einer Schafherde im Vordergrund dargestellt.

Die Vorzüge der Doppelernte sind auch anderen Ländern nicht verborgen geblieben. In Frankreich und Italien gingen bereits 2011 erste Agri-PV-Systeme an den Start. 2013 wurde in Japan ein erstes staatliches Förderprogramm aufgesetzt. 2017 folgte Frankreich dem japanischen Vorbild und zog seinerseits mit einem staatlichen Förderprogramm nach. Auch China, Südkorea und die USA nutzen Agri-PV großflächig und gehören somit zu den Vorreitern. 

Die Forschung schreitet weltweit voran

Die dynamische Entwicklung der Agri-PV-Technologie ist nicht zuletzt der Forschung zu verdanken, allen voran dem Fraunhofer ISE. Beispielhaft hierfür ist das Projekt „SHRIMPS“ im vietnamesischen Mekong-Delta. Als Land mit starkem Wirtschafts- und Bevölkerungswachstum muss Vietnam dem steigenden Energiebedarf von jährlich zehn Prozent Rechnung tragen und Lösungen für die zunehmende Landnutzungskonkurrenz finden. Ob das systemische Problem durch die doppelte Flächennutzung von Aquakulturen und Photovoltaik gelöst werden kann, wird derzeit in einer Pilotanlage am Oberlauf des Mekongs erprobt. Gute Voraussetzung liefert die Tatsache, dass Aquakulturanlagen in Südostasien aus Hygienegründen zunehmend mit geschlossenen Gewächshäusern überbaut werden und damit eine ideale Basis für die Integration von Solarmodulen bieten. Schon jetzt zeichnen sich nach Ansicht der Forschenden vielfältige Synergien ab. 

Alle profitieren – Produktion, Natur und Menschen

Durch die effizientere Landnutzung können die bestehenden Mangrovenwälder besser geschützt und Wasserverbräuche deutlich reduziert werden. Die in das Glashaus integrierten Solarmodule optimieren durch die Verschattung nicht nur die Arbeitsbedingungen der Beschäftigten. Auch die Shrimps profitieren. Sie sind vor Fressfeinden geschützt und gedeihen dank der stabilen und niedrigeren Wassertemperatur prächtig. Selbst der Einsatz von Antibiotika ist durch den weitgehend geschlossenen Kreislauf auf ein Minimum gesunken. Abschließend noch ein paar Zahlen: Die ein Megawatt große Pilotanlage kann voraussichtlich jährlich rund 15.000 Tonnen CO2-Emissionen einsparen und den Wasserverbrauch im Vergleich zu einer konventionellen Shrimp-Farm um 75 Prozent senken.

Die Gesetzgebung sorgt auch hierzulande für Rückenwind

Im Mai 2022 hat nun auch die Bundesregierung ein Verordnungspaket zur Umsetzung des Erneuerbare-Energien-Gesetzes (EEG) verabschiedet, das am 7. Juli mit dem EEG-Osterpaket vom Bundestag beschlossen wurde. Damit wurden für die Agri-PV deutlich verbesserte Rahmenbedingungen schafft. In den im EEG 2021 verankerten Innovationsauschreibungen werden erstmals auch Agri-PV-Anlagen, schwimmende PV-Anlagen und PV-Überdachungen für Parkplätze berücksichtigt. 

Gleichzeitig wurde das Ausschreibungsvolumen von den ursprünglich geplanten 50 Megawatt (MW) auf 150 MW verdreifacht. Als Flächenkulisse werden nun auch landwirtschaftlich genutzte Flächen für mehrjährige Kulturen und Dauerkulturen gefördert, zu denen auch Obstanbauflächen zählen. Wäre es nach dem Deutschen Bauernverband (DBV) und dem Fraunhofer ISE gegangen, hätte das Verordnungspaket alle landwirtschaftlichen Nutzflächen, also auch Wiesen und Weiden, einschließen müssen. Immerhin – ein Anfang ist gemacht. 

Nach oben ist noch viel Luft

Die Kombination der Produktionsformen Agrar und Solar gewährleistet nicht nur eine effiziente Ressourcennutzung, sie mildert auch die Flächenkonkurrenz und hilft Landwirten, neue Einkommensquellen zu erschließen. Doch es schlummert noch weit mehr Potenzial in der Agri-PV. Dem Fraunhofer ISE zufolge würden rund vier Prozent der deutschen Ackerflächen ausreichen, um damit bilanziell den gesamten aktuellen Strombedarf in Deutschland zu decken. Dies würde eine installierte Leistung von rund 500 Gigawatt voraussetzen. Die Kosten sind mittlerweile nicht mehr das Problem. Mit Stromgestehungskosten zwischen sieben und zwölf Cent pro Kilowattstunde ist die Agri-PV sogar kostengünstig. 

Bremsklotz Bürokratie

Bremswirkung haben hingegen in Deutschland immer noch Unklarheiten über die notwendigen Schritte für eine Baugenehmigung. Eine weitere Herausforderung stellt vielerorts die gesellschaftliche Akzeptanz dar. Doch solche Hürden werden den Siegeszug dieser bahnbrechenden Technologie nicht aufhalten. Das Fraunhofer ISE ermittelt derzeit in einer Vorstudie, ob sich im indischen Bundesstaat Maharashtra mittels Agri-PV bis zu 40 Prozent höhere Erträge bei Tomaten und Baumwolle erreichen lassen. Das Feld wird bestellt.